專利名稱：：一種二片罐用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種二片罐用鋼板或鋼帶及其制造方法，特別是涉及要求具有良好的深沖性能和加工性能的超薄二片罐用鋼板或鋼帶及其制造方法。
背景技術(shù)：
：在鋼板上鍍錫制成的鍍錫薄鋼板和經(jīng)過(guò)鉻酸處理的無(wú)錫鋼板等罐用鋼板，大量用于制造食品罐和易拉罐等。這類罐主要可分為二片罐和三片*二片罐通常包括由底、薄的壁組成的罐身和蓋兩部分。由于制造成本低，近年來(lái)二片罐在罐的總量中所占的比重逐年增加。二片罐需要經(jīng)過(guò)多段深沖加工或DWI(DrawingandWalllroning，即深沖加工后拉撥減薄)等嚴(yán)酷的加工操作，對(duì)二片罐用鋼板的加工性能要求極其嚴(yán)格。下面以二片罐的典型代表為例敘述DWI罐的一般制造工藝。首先在鋼帶上沖切園盤狀的坯料板，再利用沖頭和沖模將該坯料板拉伸成杯狀，然后用DWI壓力機(jī)，采用間隙小于杯側(cè)壁厚度的沖頭和沖模將側(cè)邊減薄拉伸，使側(cè)壁的厚度減小，形成規(guī)定深度的杯狀罐體，這種成形工藝被稱為DWI加工。在此之后，用罐底成形機(jī)加工罐體的底部，使罐底形成向內(nèi)側(cè)凸起的拱形。隨后，將上述罐體洗凈、干燥，在罐的外表面印刷和涂裝，接著進(jìn)行旨在減小罐體開(kāi)口直徑的多段頸口加工，經(jīng)收口和翻邊后，在罐體開(kāi)口端裝上蓋。在DWI加工時(shí)，由于材料沿不同方向的加工性能不同，加工之后要罐體上端圓周方向上形面波紋狀的耳，這種現(xiàn)象被稱為制耳。須用修邊機(jī)將制耳部分切掉，使罐體高度一致，當(dāng)制耳現(xiàn)象嚴(yán)重，該罐將報(bào)廢。二片罐用鋼板需要具備的主要特性有材料的強(qiáng)度、加工性、深沖性能和制耳性能等。作為節(jié)省資源，降低能耗，并降低成本，提高生產(chǎn)率的措施，罐的制造商一直致力于減輕罐的重量，即生產(chǎn)壁更薄的罐。由于近年來(lái)制罐技術(shù)的進(jìn)步，二片罐的罐體可以使用超薄鋼板，從而減輕罐的重量，這也已成為大勢(shì)所趨。但鋼板厚度減小后，罐的強(qiáng)度不可避免地要降低。因此，需要通過(guò)巻內(nèi)緣加工等改變罐的形狀，或在涂裝、烘烤后進(jìn)行深加工、減徑擠壓加工、拉伸加工、凸肚成形加工，底部圓頂加工等來(lái)提高罐的強(qiáng)度。從這些最新的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，二片罐用鋼板要求具有極好的加工性和深沖加工性能。另外，在拉撥工序中，延伸率和深沖性能不好會(huì)導(dǎo)致罐底成形困難，在罐底易于產(chǎn)生折皺。通過(guò)改進(jìn)工藝如提高施于板坯料上的夾具壓力會(huì)產(chǎn)生金屬流動(dòng)控制的問(wèn)題，從而使制耳程度增加，這些都會(huì)導(dǎo)致制罐過(guò)程中成材率降低，生產(chǎn)效率下降。因此，最好的方法是在減薄二片罐用鋼板的同時(shí)在保證鋼板強(qiáng)度的條件下提高鋼板的延伸率和深沖加工性能。目前通常用低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼板或帶材來(lái)制造這類罐，其碳含量約為0.030-0.040%(重量百分比)。這些鋼板或鋼帶的制造方法是將來(lái)自連鑄工序的鋼坯熱軋、冷軋而獲得薄板，經(jīng)再結(jié)晶退火和平整。這種方法可得到厚度約0.25mm的板或箔，并且由此板制造罐，經(jīng)拉撥和拉薄后薄的壁厚約為O.lmm。但是該種方法存在所制造的鋼板表面狀態(tài)差、板形不好等缺陷。而且，用這種方法制造的鋼板的平均蘭克福特值(Lankford值，以下稱為r值)通常最大為1.0左右，這在二片罐用鋼板大幅減薄的情況下，l.O左右的r值的深沖加工性并不充分。在已申請(qǐng)有關(guān)罐用鋼板(帶)的專利中，CN99800472.3提供了一種碳含量為0.005~0.1%(重量)，其r值小于1的適用于三片罐的鋼帶和制造方法；CN85104306提供了一種碳含量不大于0.007%(重量)的鋼板，當(dāng)二次冷軋變形量大于7%時(shí)，加工過(guò)程中不產(chǎn)生變形花紋；JP2000087147A采用板坯加熱器控制精軋溫度，使鋼帶在長(zhǎng)度和寬度方向r值分布均勻，平均Ar值0.2以內(nèi)；CN96105968.0提供了一種將碳含量0.002°%(重量)以下的鋼坯熱軋至1.2mm以下，退火后一次冷軋的新工藝。這些罐用鋼板(帶)的制造方法并不是專用于二片罐用鋼板(帶)，并且在實(shí)際生產(chǎn)中很難應(yīng)用。以下專利采用了超低碳鋼制造罐用鋼板，CN95100784.x提供了碳含量為0.00150.01%(重量)的非時(shí)效性鋼板，通過(guò)在氫濃度為3%以上、露點(diǎn)為-20'C以上的氣氛中，730°C以上退火脫碳可減輕時(shí)效傾向；CN94190649.3中，在碳含量小于0.0015%(重量)的鋼板中進(jìn)一步加入Ti和Nb，提高了抗應(yīng)力腐蝕裂紋能力。這些專利采用超低碳鋼制造的鋼板或鋼帶的強(qiáng)度很低，僅200MPa左右，不能適合二片罐的制罐工藝的要求。解決這一問(wèn)題的方法是通過(guò)二次冷軋?zhí)岣叱吞脊抻娩摪宓膹?qiáng)度。WO96/26295中，碳含量小于0.005%(重量)，經(jīng)變形量為1040%的二次冷軋后，屈服強(qiáng)度大于350MPa。但是二次冷軋變形量大于10°/。后，材料的強(qiáng)度提高的同時(shí)，延伸率急劇下降，r值也很小。二片罐用鋼板的延伸率和r值低會(huì)導(dǎo)致深沖性能和加工性能降低，使成材率下降；而強(qiáng)度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致制罐過(guò)程中成形性能降低，模具壽命降低等。以上專利所述制造方法存在的另一個(gè)問(wèn)題就是合金元素含量高，退火溫度高等。再結(jié)晶溫度提高后晶粒長(zhǎng)大變得極為容易，使鋼組織變得粗大，因而在進(jìn)行深沖加工時(shí)，會(huì)使表面粗糙，有耐外觀，且降低制罐成材率。另外，這些問(wèn)題使鋼板生產(chǎn)過(guò)程中的能耗增大，成本增高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種兩片罐用鋼及其制造方法，它是一種具有良好加工性能和深沖性能的二片罐用鋼板，并通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，提高資源利用率，降低成本。采用該方法可以制造超薄的二片罐用鋼板，制罐過(guò)程中通過(guò)減少罐壁的厚度，減輕罐的重量，從而降低了制罐成本，并且由于加工性能和深沖性能的提高，使得制罐過(guò)程中的成材率提高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下二片罐用鋼的化學(xué)成分重量百分比為碳0.001%0細(xì)％;硅《0.02%;錳0.1o/o1.0%;磷《0.015%;硫《0.020%;鋁《0.1%;氮《0.005%;以及剩余部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，還包括鈮《0.01%、鈦《0.01%、鉻《0.02%、鎳《0.02%中的至少一種。本發(fā)明還提供上述二片罐用鋼的制造方法，包括以下步驟a)鋼坯經(jīng)11001250'C加熱后軋制，在Ar3以上溫度的單相奧氏體區(qū)終軋，熱軋板厚度小于3mm，巻取溫度500°C700°C;b)經(jīng)過(guò)酸洗后以8095%的變形量冷軋；c)在連續(xù)退火爐中以73(TC以下的溫度進(jìn)行再結(jié)晶退火；d)最后以210%的變形量二次冷軋，獲得成品。從熱軋結(jié)束到開(kāi)始巻取之前，冷卻速度保持在30°C/S以上。為了使超薄的超低碳二片罐用鋼板具有足夠的強(qiáng)度，并增強(qiáng)其加工性能和深沖性能，本發(fā)明的最終目的是制造屈服強(qiáng)度大于240MPa，延伸率大于28%，平均r值大于1.5，Ar的絕對(duì)值需小于0.2，且厚度小于0.24mm的超薄二片罐用鋼板，并且通過(guò)降低退火溫度和二次冷軋變形量，減少生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，降低成本。以下首先說(shuō)明對(duì)鋼板坯的化學(xué)成分進(jìn)行限定的理由。碳0.003%(重量)以下，0.001%(重量)以上。從提高r值和延伸率的角度考慮，碳含量越低越好。但在板坯階段時(shí)，如果碳含量不足0.001%(重量)時(shí)，晶粒易于粗大，在加工的最終階段，很有可能使產(chǎn)品表面出現(xiàn)橘皮狀缺陷。另外，由于碳含量的減少使相變點(diǎn)大幅上升，在奧氏體單相區(qū)域不能完成熱軋過(guò)程，從而導(dǎo)致鋼板的性能不均勻。但是當(dāng)碳含量高于0.003%(重量)時(shí)，難以保證在得到較高的r值的同時(shí)高的延伸率。因此，碳含量最好在0.001%(重量)以上，0.003%(重量)以下。硅0.02%(重量)以下。硅使材料強(qiáng)化，但過(guò)量使用會(huì)對(duì)表面處理帶來(lái)問(wèn)題，并且使鍍錫鋼板耐蝕性能惡化，因此要對(duì)其添加量的上限加以限制。另外，由于硅能使鋼的相變點(diǎn)上升，如果其含量下降，可以將精軋條件放寬，因而其上限值最好在0.02%(重量)以下。錳1.0%(重量)以下，0.1%(重量)以上。錳的加入可以防止因硫而產(chǎn)生的熱軋鋼帶邊部開(kāi)裂，其含量至少應(yīng)在0.1%(重量)以上。添加錳還可以降低相變點(diǎn)，這有利于放寬精軋時(shí)的軋制條件限制。另一方面，錳含量超過(guò)1.0%(重量)時(shí)，晶粒細(xì)化，再加上固溶強(qiáng)化，會(huì)使材質(zhì)硬化。因此錳含量最好在1.0%(重量)以下。磷0.015%(重量)以下。磷使材質(zhì)硬化并且使鋼板的耐蝕性能惡化，材料脆化，因而其含量不宜過(guò)多，必須限制在0.015%(重量)以下。硫0.020%(重量)以下。硫含量過(guò)多時(shí)，熱軋時(shí)在高溫奧氏體區(qū)域固溶的硫隨溫度降低而過(guò)飽和，形成(Fe、Mn)S在晶界析出，導(dǎo)致因熱脆性而引起的熱軋鋼帶邊部開(kāi)裂。另夕卜，形成的硫系夾雜物會(huì)引起沖壓缺陷。因此S含量必須在0.015%(重量)以下。鋁0.1%(重量)以下。鋁在煉鋼過(guò)程中具有脫氧的作用，是為了提高鋼水純凈度而添加的元素。鋁還能固定鋼中的氮使之形成穩(wěn)定的化合物，從而提高r值。但超過(guò)0.1%(重量)以上時(shí)，不僅使成本提高，而且使得鋼板表面產(chǎn)生缺陷的危險(xiǎn)性增大，也使鋼板階段發(fā)生斷裂的可能性增大。因此，將含鋁量定在0.1%(重量)以下。氮0.005%以下。氮是在煉鋼過(guò)程中由空氣中混入的，氮固溶于鋼中時(shí)，會(huì)使鋼板極端硬化，r值急劇下降。因此，必須將其控制在0.005%(重量)以下。關(guān)于鈮0.01%(重量)以下，鈦0.01%(重量)以下，鉻0.02%(重量)以下，鎳0.02%(重量)以下。具有提高鋼水純凈度的作用，此外還形成碳化物或氮化物，具有減少固溶碳和氮，提高r值，并且改善鋼板的各向異性的作用，但添加量過(guò)多時(shí)，會(huì)使再結(jié)晶溫度升高，連續(xù)退火爐可操作性惡化，因此各自規(guī)定了添加的上限。以下說(shuō)明制造方法。為了使在退火和二次冷軋后的以平均r值和延伸率為代表的加工性能和深沖性能保持良好狀態(tài)，精軋溫度需要保持在Ar3相變點(diǎn)以上，然而在超過(guò)IOO(TC時(shí)，由于鋼板的組織容易粗大，并使加工性能降低，因此精軋溫度應(yīng)保持在Ar3相變點(diǎn)以上，100(TC以下。從熱軋結(jié)束到開(kāi)始巻取之前，冷卻速度保持在30°C/S以上，可以使鋼板的組織細(xì)化，從而使最終產(chǎn)品具有良好的加工性能。巻取溫度最好在500'C以上，700'C以下。如果巻取溫度不足500°C，就會(huì)因冷卻不均勻?qū)е落摪逍螤畈患眩瑸橄乱粋€(gè)工序酸洗和冷軋帶來(lái)困難。另一方面，在超過(guò)70(TC巻取時(shí)，會(huì)使熱軋板組織粗大而降低最終的加工性能。酸洗后的冷軋壓下量規(guī)定在8095%之間。如果壓下量小于80%，會(huì)使材料的r值下降，達(dá)不到充分的深沖性能。另外，為了得到超薄的鋼板，一次冷軋形量太小時(shí)，熱軋板厚度必須減小，從而惡化熱軋工序的可操作性。但是當(dāng)壓下量大于95%時(shí)，鋼板的各向異性增大，制耳現(xiàn)象嚴(yán)重。退火溫度規(guī)定在73(TC以下。首先退火溫度必須高于再結(jié)晶溫度，再結(jié)晶溫度由于成分的變化而有所變動(dòng)，因此在此并沒(méi)有規(guī)定其具體的下限。當(dāng)再結(jié)晶溫度過(guò)高時(shí)，退火溫度過(guò)高會(huì)使超低碳鋼的強(qiáng)度偏低。另外，連續(xù)退火過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼板斷裂以及翹曲等缺陷。為了使材質(zhì)更為穩(wěn)定，退火時(shí)間最好在20秒以上，進(jìn)行均熱。二次冷軋壓下量規(guī)定在210%之間。二次冷軋壓下量小于2%時(shí)，不能消除屈服平臺(tái)，且鋼板的強(qiáng)度不足。但當(dāng)壓下量大于10%后，材料的延伸率急劇下降在25%以下，對(duì)制罐產(chǎn)生不良影響。根據(jù)以上制造方法，本發(fā)明將二次冷軋后的鋼板厚度規(guī)定為0.24mm以下。有益效果本發(fā)明改進(jìn)的二片罐用鋼化學(xué)成分及制造方法，由于通過(guò)對(duì)超低碳鋼的成分、連續(xù)退火溫度以及二次冷軋變形量加以限定，并對(duì)熱軋板和一次冷軋板厚做出了規(guī)定，從而能生產(chǎn)出具有優(yōu)良的深沖性能和加工性能的超薄的二片罐用鋼板。本發(fā)明能夠提高制罐成材率，節(jié)省大量資源，降低能耗和成本，提高了生產(chǎn)效益。具體實(shí)施方式在下面的表1中所示的含不同成分的鋼經(jīng)冶煉后將板坯在123(TC再加熱，在880910。C精軋，65(TC巻取，再將這些鋼板冷軋至0.25mm以下，然后在低于730。C以下再結(jié)晶退火，最后經(jīng)過(guò)210%二次冷軋成厚度小于0.24mm超薄的二片罐用鋼板。表1中A-F為超低碳鋼，其中鋼F的碳含量大于0.003%(重量)，鋼G為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。表l化學(xué)成分(表中單位重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上述試驗(yàn)的結(jié)果歸納于表2中。其中測(cè)試?yán)煨阅軙r(shí)采用JIS5弁試樣。r值采用JIS5弁試樣利用3點(diǎn)法進(jìn)行了測(cè)試，將相對(duì)于軋制方向的O。、45°和90。各個(gè)方向上的r值分別設(shè)為ro、1"45和1"9()，并通過(guò)下式計(jì)算出rm:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中rm為平均r值。對(duì)于制罐而言，鋼板屈服強(qiáng)度需大于240MPa，Ar的絕對(duì)值需小于0.2，否則制耳現(xiàn)象嚴(yán)重，將降低制罐成材率。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼G的r值僅l.O，遠(yuǎn)低于超低碳鋼A-F的r值。鋼F和鋼A-4的制造工藝基本相同，但鋼F的碳含量高于0.003%(重量)，其延伸率僅20.5%，Ar的絕對(duì)值也大于0.2。鋼A-l的二次冷軋變形量小于2%，屈服強(qiáng)度偏低，僅204MPa，不符合制罐要求。鋼A-2與鋼A-l的其它工藝條件相同，但二次冷軋變形量為2.1%，其屈服強(qiáng)度可達(dá)到240MPa，達(dá)到制罐要求的下限。但是二次冷軋變形量大于10%后，如鋼A-5和E-3，材料的強(qiáng)度升高至330MPa以上，但延伸率劇烈下降(<23.8%)，Ar的絕對(duì)值也大于0.2。因此，當(dāng)碳含量小于0.003%(重量)，如鋼A、B、C、D和E用本發(fā)明的方法即經(jīng)過(guò)熱軋、8095%的一次冷軋、小于730。C退火，210%的二次冷軋變形后，所得到的超薄的二片罐用鋼板的延伸率大于30%，r值大于1.5，強(qiáng)度符合制罐要求，Ar的絕對(duì)值也在0.2以內(nèi)。本發(fā)明的二片罐用鋼板或鋼帶的特征也可以是這樣的其晶粒直徑為715微米。表2力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>承D2為二次冷軋變形量，Tp為退火溫度，YS為屈服強(qiáng)度，TS為抗拉強(qiáng)度，EL為延伸率。本發(fā)明通過(guò)對(duì)超低碳鋼的成分、連續(xù)退火溫度以及二次冷軋變形量加以限定，并對(duì)熱軋板和一次冷軋板厚做出了規(guī)定，從而能生產(chǎn)出深沖性能和加工性能良好的超薄的二片罐用鋼板。由所述的制造方法制造的二片罐用鋼板或鋼帶，由于降低了退火溫度和二次冷軋的變形量，減小了生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，提高了資源利用率，降低了生產(chǎn)成本。另外由于二片罐厚度的減薄，節(jié)省板或帶重10%以上，同時(shí)由于其良好的深沖性能和加工性能，提高了制罐過(guò)程的成材率和生產(chǎn)率。權(quán)利要求1.一種二片罐用鋼，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比為碳0.001％～0.003％；硅≤0.02％；錳0.1％～1.0％；磷≤0.015％；硫≤0.020％；鋁≤0.1％；氮≤0.005％；以及剩余部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二片罐用鋼，其特征在于還包括鈮《0.01%、鈦《0.01%、鉻《0.02%、鎳《0.02%中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二片罐用鋼的制造方法，其特征在于包括在下步驟a)鋼坯經(jīng)11001250。C加熱后軋制，在Ar3以上溫度的單相奧氏體區(qū)終軋，熱軋板厚度小于3mm，巻取溫度500°C700°C;b)經(jīng)過(guò)酸洗后以8095%的變形量冷軋；c)在連續(xù)退火爐中以73(TC以下的溫度進(jìn)行再結(jié)晶退火；d)最后以210%的變形量二次冷軋，獲得成品。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二片罐用鋼的制造方法，其特征在于從熱軋結(jié)束到開(kāi)始巻取之前，冷卻速度保持在3(TC/s以上。全文摘要本發(fā)明涉及二片罐用鋼及其制造方法，其質(zhì)量百分配比為0.001％≤C≤0.003％，Si≤0.02％，0.1％≤Mn≤1.0％，P≤0.015％，S≤0.020％，Al≤0.1％，N≤0.005％，還可以包括Nb≤0.01％，Ti≤0.01％，Cr≤0.02％，Ni≤0.02％的四種元素中的至少一種，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其制造方法包括1)按上述成分冶煉、鑄造成鋼坯；2)鋼坯經(jīng)1100～1250℃加熱后軋制，在Ar₃以上溫度的單相奧氏體區(qū)終軋，熱軋板厚度小于3mm，卷取溫度500℃～700℃；3)經(jīng)過(guò)酸洗后以80～95％的變形量冷軋；4)在連續(xù)退火爐中以730℃以下的溫度進(jìn)行再結(jié)晶退火；5)以2～10％的變形量二次冷軋，獲得厚度小于0.24mm的成品。本發(fā)明的鋼具有良好加工性能和深沖性能。文檔編號(hào)C22C38/04GK101275196SQ20071003852公開(kāi)日2008年10月1日申請(qǐng)日期2007年3月27日優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日發(fā)明者張玉龍,黃邦霖申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司